Java学习笔记——内部类

发布时间:2016-12-9 23:29:24 编辑:www.fx114.net 分享查询网我要评论
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本文为Java编程思想第四版的学习笔记,在此感谢作者Bruce Eckel给我们带来这样一本经典著作,也感谢该书的翻译及出版人员。本文为原创笔记,转载请注明出处,谢谢。 可以将一个类的定义放在另一个类的内部,这就是内部类。内部类是一种非常有用的特性,因为它允许你把一些逻辑相关的类组织在一起,并控制位于内部的类的可视性。然而必须要了解,内部类与组合是完全不同的概念,这一点很重要。在最初,内部类看起来就像是一种代码的隐藏机制:将类至于其他类的内部。但是,你将会了解到,内部类远不止如此,它了解外围类,并能与之通信;而且你用内部类写出的代码更加优雅而清晰,尽管并不总是这样。最初,内部类可能看起来有些奇怪,而且要花些时间才能在设计中轻松地使用它们。对内部类的需求并非总是很明显的,但是在描述完内部类的基本语法与语之后,第8节就应该使得内部类的移除明确显现了。 1.创建内部类 创建内部类的方式就如同你想的一样——把类的定义置于外围类的里面。当我们在外部类的方法中使用内部类时,与使用普通类没什么不同。在这里,实际的区别只是内部类的名字是嵌套在外部类名字里面的。不过你将看到,这并不是唯一的区别。更典型的情况是,外部类将有一个方法,该方法返回一个指向内部类的引用。如果想从外部类的非静态方法之外的任意位置创建某个内部类的对象,那么必须具体地址明这个对象的类型:OuterClassName.InnerClassName。 2.链接到外部类 到目前为止,内部类似乎只是一种名字隐藏和组织代码的模式。这些是很有用,但还不实最引人注目的,它还有其他用途。当生成一个内部类的对象时,子对象与制造它的外围对象之间就有了一种联系,所以它能访问其外围对象的所有成员,而不需要任何特殊条件。此外,内部类还拥有其外围类的所有元素的访问权限。内部类自动拥有对其外围类所有成员的访问权。这是如何做到的呢?当某个外围类的对象创建了一个内部类对象时,此内部类对象必定会秘密地捕获一个指向那个外围类对象的引用。然后,在你访问此外围类的成员时,就是用那个引用来选择外围类的成员。幸运的是,编译器会帮你处理所有细节,但你现在可以看到:内部类的对象只能在其外围类的对象相关连的情况下才能被创建(就像你应该看到的,在内部类是非static时)。构建内部类对象时,需要一个指向其外围类对象的引用,如果编译器访问刅这个引用就会报错。不过绝大多数时候这都无需程序员操心。 3.使用.this与.new 如果你需要生成对外部类对象的引用,可以使用外部类的名字后面紧跟圆点和this。这样产生的引用自动地具有正确的类型,这一点在编译期就被知晓并接受检查,因此没有任何运行时开销。有时你可能想要告知某些其他对象,去创建其某个内部类的对象。要实现此目的,你必须在new表达式中提供对其他外部类对象的引用,这是需要使用.new语法。想要直接创建内部类的对象,你不能按照你想象的方式,去引用外部类的名字,而是必须使用外部类的对象来创建内部类的对象。这也解决了内部类名字作用域的问题。在拥有外部类对象之前是不可能创建内部类对象的。这是因为内部类对象会暗暗地连接到创建它的外部类对象上。但是,如果你创建的是嵌套类(静态内部类),那么他就不需要对外部类对象的引用。 4.内部类与向上转型 当将内部类向上转型为其基类,尤其是转型为一个接口的时候,内部类就有了用武之地。(从实现了某个接口的对象,得到对此接口的引用,与向上转型为这个对象的基类,实质上效果是一样的)。则是因为此内部类——某个接口的实现——能够完全不可见,并且不可用。所以得到的只是指向基类或接口的引用,所以能够很方便的隐藏实现细节。因此,private内部类给类的设计者提供了一种途径,通过这种方式可以完全组织任何依赖于类型的编码,并且完全隐藏了实现的细节。此外,从客户端程序员的角度来看,由于不能访问任何新增的、原本不属于公共接口的方法,所以扩展接口是没有价值的。这也给Java编译器提供了生成更高效代码的机会。 5.在方法和作用域内的内部类 到目前为止,读者所看到的只是内部类的典型用途。通常,如果所读、写的代码包含了内部类,那么它们都是“平凡”的内部类,简单并且容易理解。然而,内部类的语法覆盖了大量其他的更加难以理解的技术。例如,可以再一个方法里面或者在任意作用域内定义内部类。这么做有两个理由: 1)你实现了某类型的接口,于是可以创建并返回对其的引用。 2)你要解决一个复杂问题,想创建一个类来辅助你的解决方案,但是又不希望这个类是公共可用的。 6.匿名内部类 下面的例子看起来有点奇怪: <span style="font-size:14px;">public class Parcel { public Contents contents() { return new Contents() { private int i = 11; public int value() {return i;} }<span style="color:#ff0000;">;//注意这里有个分号</span> } public static void main(String []args){ Parcel p = new Parcel(); Contents c = p.contents(); } } </span> contents()方法将返回值的生成与表示这个返回值的类的定义结合在一起!另外,这个类是匿名的,它没有名字。更糟糕的是,看起来似乎是你正要创建一个Contents对象。但是然后(在到达语句结束的分号之前)你却说,“等一等,我想在这里插入一个类的定义”。这种奇怪的语法指的是:”创建一个继承自Contents的匿名类的对象“。通过new表达式返回的引用被自动向上转型为对Contents的引用。在这个匿名内部类中,使用了默认构造器来生成Contents。如果你的基类西药一个有参数的构造器,只需简单地传递合适的参数给基类构造器即可。在匿名内部类末尾的分号,并不是用来标记此内部类结束的。实际上,它标记的是表达式的结束,只不过这个表达式正巧包含了匿名内部类罢了。因此,这与别的地方使用的分号是一致的。如果在定义一个匿名内部类,并且希望它使用一个在其外部定义的对象,那么编译器会要求七参数引用是final的,如果你忘记了,将会得到一个编译时的错误消息。如果在匿名内部类中,想做一些类似构造器的行为,该怎么办呢?在匿名类中不可能有命名构造器(因为它根本没有名字!),但通过实例初始化,就能够刀刀为匿名内部类创建一个构造器的饿效果。 匿名内部类与正规的继承相比有些受限,因为匿名内部类既可以扩展类,也可以实现接口,但是不能两者兼备。而且如果实现接口,也只能实现一个接口。 7.嵌套类 如果不需要内部类对象与其外围类对象之间有联系,那么可以将内部类声明为static。这通常称为嵌套类。想要理解static应用与内部类时的含义,就必须记住,普通的内部类对象隐式地保存了一个引用,指向创建它的外围类对象。然而,当内部类是static时,就不是这样了。嵌套类意味着: 1)要创建嵌套类的对象,并不需要其外围类的对象。 2)不能从嵌套类的对象中访问非晶态的外围类对象。 嵌套类与普通的内部类还有一个差别。普通内部类的字段与方法,只能放在类的外部层次上,所以普通的内部类不能有static数据和static字段,也不能包含嵌套类。但是嵌套类可以包含所有这些东西。 7.1 接口内部的类 正常情况下,不能再接口内部放置任何代码,但嵌套类可以作为接口的一部分。你放到接口中的任何类都自动滴是public和static的。因为类是static的,只是将嵌套类置于接口的命名空间内,这并不违反接口的规则。你甚至可以在内部类中实现其外围接口。如果你想要创建某些公共代码,使得他们可以被某个接口的所有不同实现所公用,那么使用接口内部的嵌套类会显得很方便。 7.2 从多层嵌套类中访问外部类的成员 一个内部类被嵌套多少层并不重要——他能透明底访问所有它嵌入的外围类的所有成员。 8.为什么需要内部类 至此,我们已经看到了愈多描述内部类的语法和语义,但是这并不能回到”为什么需要内部类“这个问题,那么Sun公司为什么会如此费心地增加这项基本的语言特征呢?一般来说,内部类继承自某个类或实现某个接口,内部类的代码操作创建它的外围类的对象。所以可以认为内部类提供了某种进入其外围类的窗口。内部类必须要回答的问题是:如果只是需要一个对接口的引用,为什么不通过外围类实现那个接口呢?答案是:”如果这能满足需求,那么就应该这样做“。那么内部类实现一个接口与外围类试下这个接口有什么区别呢?答案是:后者不是总能享用到接口带来的方便,有时需要用到接口的实现。所以,使用内部类最吸引人的原因是: 每个内部类都能独立地继承自一个(接口的)实现,所以无论外围类是否已经继承类某个(接口的)实现,对与内部类都没影响。 如果没有内部类的提供,可以继承多个具体的或抽象的类的能力,一些设计与编程问题就很难解决。从这个角度讲,内部类是的多重继承的解决方案变得完整。接口解决了部分问题,而内部类有效地实现了“多重继承”。也就是说,内部类允许继承多个非接口类型(类或抽象类)。 如果不需要解决“多重继承”的为题,那么自然可以用别的编码方式,而不需要使用内部类。但如果使用内部类,还可以获得其他一些特性: 1)内部类可以有多个实例,每个实例都有自己的状态信息,并且与其外围类对象的信息相互独立。 2)在单个外围类中,可以让多个内部类以不同的方式实现同一个接口,或继承同一个类。 3)创建内部类对象的时刻并不依赖与外围类对象的创建 4)内部类并没有令人迷惑的“is-a"关系,它就是一个独立的尸体。 8.1 闭包与回调 闭包是一个可调用的对象,它记录了一些信息,这些信息来自于创建它的作用域。通过这个定义,可以看出内部类是面向对象的闭包,因为他不仅包含外围类对象(创建内部类的作用域)的信息,还自动拥有一个纸箱此外围类对象的引用,在此作用域内,内部类有权操作所有成员,包括private成员。 Java最引人争议的问题之一就是,人们认为Java应该包含某种类似指针的机制,以允许回调。通过回调,对象就能携带一些信息,这些信息允许它在稍后的某个时刻调用初始的对象。如果回调是通过指针实现的,那么就只能寄希望与程序员不会误用指针。然而,读者应该已经了解到,Java更小心仔细,所以没有在语言中包括指针。 通过内部类提供闭包的功能是优良的解决方案,它比指针更灵活、更安全。回调的价值在于它的灵活性——可以在运行时动态地决定需要调用什么方法。这样做的好处在实现GUI功能的时候可以更加明显。 注:此处理解不是很到位,需要进一步研究。 8.2 内部类与控制框架 应用程序框架就是被设计用以解决某类特定问题的一个类或一组类。要运用某个应用程序框架,通常是继承一个或多个类,并覆盖某些方法。在覆盖后的方法中,编写代码定制应用程序框架提供的通用解决方案,以解决你的特定问题(这是设计模式中模板方法的一个例子)。模板方法包含算法的基本结构,并且会调用一个或多个可覆盖的方法,已完成算法动作。设计模式总是将变化的事物与保持不变的事物分离开,在这个模式中,模板方法是保持不变的事物,而可覆盖的方法就是变化的事物。 控制矿建是一类特殊的应用程序框架,它用来解决相应实现的需求。主要用来响应事件的系统被称作事件驱动系统。应用程序设计中常见的问题之一就是图形用户接口(GUI),它几乎完全是事件趋同系统。Java Swing库就是一个控制框架,它优雅地解决了GUI的问题,并使用了大量的内部类。 要理解内部类是如何允许简单的创建过程以及如何使用控制框架的,请考虑这样一个控制框架,它的工作就是在事件”就绪“的时候执行事件。虽然”就绪”可以指任何事,但在本例中是指基于时间出发的事件。接下来的问题是,对于要控制什么,控制框架并不包含任何具体的信息。那些信息是在实现算法的action()部分时,通过继承来提供的。 此处需结合实际代码进行研究,篇幅较长。主要内容是内部类在这种控制框架中的应用。理解尚不是很到位,需之后研习。 9.内部类的继承 因为内部类的构造器必须连接到指向其外围类对象的引用,所以在继承内部类的时候,事情会变得有点复杂。问题在于,那个指向外围类对象的“秘密的”引用必须被初始化,而在导出类中不再存在可连接的默认对象。要解决这个问题,必须使用特殊的语法来明确说清出他们之间的关联,必须在构造器内使用如下语法: enclosingClassReference.super();这样才提供了 i要的引用,然后程序才能编译通过。 10.内部类可以被覆盖吗 如果创建了一个内部类,然后继承其外围类并重新定义此内部类时,会发生什么呢?也就是说,内部类可以被覆盖吗?这看起来似乎是个很有用的思想,但是“覆盖”内部类就好像它是一个外围类的一个方法,其实并不起什么作用。当继承某个外围类的时候,内部类明没有发生什么特别神奇的变化。这两个内部是完全独立的两个个体,各自在自己的命名空间内。当然,明确地继承某个内部类也是可以的。 11.局部内部类 前面提到过,可以再代码块里创建内部类,典型的方式是在一个方法体的里面创建。局部内部类不能有访问说明符,因为它不是外围类的一部分;但是它可以访问当前代码快内的常量,以及此外围类的多有成员。局部内部类的名字在方法外是不可见的,那为什么我们仍然使用局部内部类而不是匿名内部类呢?唯一的理由是,我们需要一个已命名的构造器,或者需要重载构造器,而你匿名内部类只能只能用于实例初始化。 所以使用局部内部类而不使用匿名内部类的另一个理由就是,需要不止一个该内部类的对象。 12.内部类标识符 由于每个类都会产生一个.class文件,其中包含了如何创建该类型的对象的全部信息(此信息产生一个“meta-class",叫做Class对象),你可能猜到了,内部类也必须生成一个.class文件以包含他们的Class对象信息。这些类文件的命名有严格的规则:外围类的名字,加上”$",再加上内部类的名字。如果内部类是匿名的,编译器会简单滴产生一个数字作为其标识符。如果内部类是嵌套在别的内部类之中,只需直接将他们的名字加载其外围内部类标识符与$的后面。虽然这种命名格式简单直接,但它还是很健壮的,足以应对绝大多数情况。因为这是Java的标准命名方式,所以产生的文件自动都是平台无关的(注意,为了保证你的内部类能起作用,Java编译器会尽可能的转换它们)。 总结:本章讲述了内部类的相关知识,包括内部类的语法、语义以及为什么要应用内部类。实际上内部类使我们的程序可以更加灵活、方便的实现某些问题的编程,比如文中提到的回调、控制框架等。内部类在做UI时,常常被用到,因为在这个内部类中,可以访问到外部类的所有域(也就是所有控件),因此,在内部类中可以很方便的实现对控件的事件响应、以及操控。有关内部类的使用,本菜鸟接触的也不是很多,随着学习的积累,会不断的完善和修订。

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